Kreislaufbetrieb
KSS laufen in geschlossenen Systemen, werden aber mit Spänen und Werkstücken aus der Maschine ausgetragen. Deshalb muss regelmäßig nachdosiert und nachkonzentriert werden.
Hochschule Niederrhein - Forschungsprojekt
Clean Coolant
Eine wissenschaftliche Untersuchung, ob ECA-Wasser als Ansatzwasser für KSS-Emulsionen geeignet ist - mit Fokus auf biozide Wirksamkeit und Korrosion.
Warum das relevant ist
Längere Standzeiten senken Kosten und sichern Prozessstabilität.
In der Zerspanungsfertigung werden Kühlschmierstoffe meist als Emulsionen eingesetzt: typischerweise 85 bis 95 Prozent Wasser und 5 bis 15 Prozent Konzentrat aus mineralischen oder synthetischen Ölen, Emulgatoren und Additiven. Sie kühlen und schmieren Werkzeug und Werkstück, ermöglichen höhere Schnittgeschwindigkeiten und helfen, Maß- und Formgenauigkeiten einzuhalten.
Aufkonzentration
Mit dem Nachdosieren steigen häufig Kalk-, Salz- und Fremdstoffgehalte. Gleichzeitig gelangen Späne, Fremdöle und Prozessschmutz in die Emulsion.
Biologischer Befall
Wasseranteil, Wärme und organische Bestandteile begünstigen Pilze, Hefen und Bakterien. Additive gegen Schaumbildung, Phasentrennung und biologischen Befall werden dadurch zunehmend belastet.
Austauschkosten
Irgendwann ist der KSS-Wechsel unausweichlich. Kosten entstehen durch Entsorgung, langwierige Maschinenreinigung und Maschinenstillstand - also unmittelbaren Produktionsausfall.
KSS-SYSTEMSIMULATOR
Ein KSS-Kreislauf ist ein thermisches, chemisches und biologisches System.
Kostenbild
Der Literpreis allein entscheidet nicht.
Die Projektberichte zeigen: Nicht der Literpreis entscheidet, sondern die Wechselhäufigkeit. Neben Konzentrat und Wasser zählen Reinigung, Maschinenstillstand, Entsorgung und erneute Befüllung.
KSS-Kultur meint den betrieblichen Umgang mit Kühlschmierstoff: regelmäßige DGUV-Messungen, Nachdosierung und saubere Kreisläufe - oder negativ: Fremdstoffe und Müll wie Coladosen oder Apfelkitschen im Späneförderer.
Material
Füllkosten aus Volumen, Konzentration, Wasser und Konzentrat.
Stillstand
Reinigungstage werden als Produktionsausfall bewertet.
Standzeit
Kürzere Laufzeit vervielfacht die Wechselkosten.
KSS-Kostenrechner
0 Euro 0 Wechsel pro Jahr · Gesamtkosten pro Jahr
KSS-Kultur
- Konzentrat
- 0 Euro
- Wasser
- 0 Euro
- Stillstand
- 0 Euro
- Entsorgung
- 0 Euro
ECA-Wasser
Aus Wasser, Salz und Strom wird eine desinfizierende Lösung.
ECA-Wasser steht für elektrochemisch aktiviertes Wasser. Technisch entsteht es durch Elektrolyse einer Salzlösung. An der Anode bildet sich ein Anolyt mit freien Chlorverbindungen, vor allem hypochloriger Säure (HOCl), die Mikroorganismen oxidativ inaktivieren kann.
Was ist ECA-Wasser?
Eine vor Ort oder zentral erzeugte, wasserbasierte Lösung mit aktivem Sauerstoff- und Chlorchemismus. Für Clean Coolant ist entscheidend, ob dieses Wasser das normale Ansatzwasser einer KSS-Emulsion ersetzen kann.
Wie wird es hergestellt?
Leitungswasser und eine NaCl-Lösung laufen durch eine Elektrolysezelle. Spannung, Salzgehalt, Temperatur und Durchfluss bestimmen Wirkstoffgehalt, pH-Wert und Stabilität der Lösung.
Welche Kostenannahme?
Die Projektkalkulation rechnete konservativ mit 4 Euro pro Liter ECA-Wasser. Damit steigen die reinen Jahreskosten gegenüber KSS ohne ECA. Nicht enthalten sind mögliche Effekte auf Standzeit, Reinigung, Entsorgung und Stillstand.
Wo wird es sonst genutzt?
Vergleichbare HOCl- bzw. elektrolysierte Wasserlösungen werden zur Oberflächen-, Lebensmittel- und Trinkwasserhygiene eingesetzt. Regulatorik, Zulassung und Einsatzgrenzen sind dabei anwendungsspezifisch zu prüfen.
Forschungsfrage
Kann ECA-Wasser als Ansatzwasser die biologische Stabilität verbessern, ohne Korrosion zu verstärken?
Clean Coolant untersucht genau diese Eignung. Bewertet werden zwei wissenschaftliche Kernfragen: biozide Wirksamkeit gegen Pilze, Hefen und Bakterien sowie Korrosionseffekte an Maschinenkomponenten und Werkstücken.
Untersuchungsszenario
Clean Coolant prüft ECA-Wasser als Ansatzwasser für KSS-Emulsionen.
1
Emulsion ansetzen
KSS-Konzentrat mit ECA-Wasser statt konventionellem Ansatzwasser mischen und Basiswerte erfassen.
2
Keimlast prüfen
Mit belasteten KSS-Proben beimpfen und das Wachstum von Bakterien, Hefen und Pilzen auswerten.
3
Werkstoffe einlegen
Maschinennahe Metalle, Dichtungen und Werkstückmaterialien über definierte Zeiträume exponieren.
4
Eignung bewerten
Biozide Wirkung und Korrosion gemeinsam betrachten, ohne daraus ein fertiges Produkt abzuleiten.
Projektergebnisse
Die zentrale Erkenntnis: Biozide Wirkung und Korrosion müssen gemeinsam bewertet werden.
Die studentischen Projektgruppen haben das Thema über mehrere Iterationen eingegrenzt: erst Markt- und Kompatibilitätsfragen, dann mikrobiologische Versuche und metallurgische Prüfungen nach DIN 50905-orientierter Methodik.
Biozide Wirksamkeit
Ab 78 ppm/l im Hauptversuch nahezu keine KBE.
Clean Coolant VI fand eine klare Tendenz: Je höher der ECA-Anteil, desto geringer die mikrobielle Belastung. Als praktisch interessanter Bereich wurden 20 bis 30 Prozent identifiziert. Clean Coolant VII verbesserte die Stammlösung und zeigte im Hauptversuch bereits bei 78 ppm/l nur noch 0 bis 1 KBE pro 500 µl.
Einordnung: Laborbefund mit stark belasteten KSS-Proben. Für den industriellen Einsatz braucht es Langzeitversuche, reproduzierbare Probenahme und ein anlagenspezifisches Monitoring.
Korrosionsschutz
Materialverträglichkeit ist der begrenzende Faktor.
Clean Coolant VI zeigte bei Stahl: Mit steigendem ECA-Anteil nehmen Flächen- und lokale Korrosion zu. Clean Coolant VII prüfte Gusseisen, Edelstahl, Aluminium, Messing sowie PTFE-, NBR- und FKM-Dichtungen im niedrigeren Fenster. Viele Messwerte bei 15 bis 25 Prozent lagen unterhalb der Messunsicherheit, während 100 Prozent ECA-Wasser bei mehreren Metallen klar korrosionsfördernd war.
Forschungsschluss: Die Eignung als Ansatzwasser kann nicht pauschal beantwortet werden. Werkstoff, KSS-Chemie, Einwirkzeit und Benetzungszustand entscheiden.
20-30%
von Clean Coolant VI als wirksamer Bereich eingegrenzt
78 ppm/l
untere wirksame Stufe im Clean-Coolant-VII-Hauptversuch
15-25%
Fenster der vertieften Werkstoffprüfungen in Clean Coolant VII
Für potentielle Anwender
Clean Coolant ist Grundlagen- und Anwendungsforschung, kein fertiges KSS-Produkt.
Die Untersuchung klärt, ob ECA-Wasser als Ansatzwasser für KSS-Emulsionen grundsätzlich geeignet sein kann. Dafür müssen biozide Effekte gegen Pilze, Hefen und Bakterien reproduzierbar sein, ohne dass Korrosion an Maschinenkomponenten oder Werkstücken unvertretbar zunimmt.
Quellen
Lokale Projektbasis und externe Einordnung.
- Clean Coolant I-VII, Projektberichte Hochschule Niederrhein, 2015-2019.
- OSHA: Metalworking Fluids - Safety and Health Best Practices Manual
- DGUV/IFA: Bakterien und Schimmelpilzarten in Kühlschmierstoffen
- US EPA: Pesticide Devices - Hypochlorous Acid Generators
- FDA FCN 1811: Hypochlorous acid as antimicrobial food-contact substance
- Review: New Clinical Applications of Electrolyzed Water
Credits
Beteiligte Personen.
Projektleitung und Begleitung
Prof. Dr. Jan Ohme, Kevin Macherey, Prof. Dr.-Ing. Dominic Deutges
Clean Coolant I
Natalia Belocur, Olena Fast, Jonas Franken, Manuel Goris, Christian Krüger, Olesja Leschenko, Kai Rams, Franziska Ziegler
Clean Coolant II
Anita Müller, Friederike Lux, Lisa Lamers, Ekrem Akarslan, Sabrina Kächele, Irina Steinborn, Martin Mikorski
Clean Coolant III
Marvin Schiller, Laura Hein, Felix Radtke, Hermann Friesen, Ahmet Istogu, Tom S. Berthelsen
Clean Coolant IV
Jens Fiebelkorn, Nora Mittelham, Stefanie Olesch, Lena Marie Rettich, André Schmacht, Sulaf Sharaf, Abdul Karim Zahed
Clean Coolant V
Hatice Akkaya, Liam Atkinson, Cem Ceremesiz, Lukas Faaßen, Reinhold Krieger, Christian Rupp
Clean Coolant VI
Tobias Potstada, Michael Fleischmann, Lucas Norf, Tatjana Maren Röhrich, Matthias Becker, Eric Schmidt
Clean Coolant VII
Tim Gaspers, Marvin Czok, Hendrik Schach, David Krebstakies, Loreine Dröschel, Uwe Chris Lorenz, Irini Garli